巖溶地區水庫滲漏分析及帷幕灌漿防滲處理探討

2014-01-19 15:55:06謝政

黑龍江水利科技 2014年5期

謝政

(遵義市綏陽縣水利局，貴州遵義563000)

謝政

(遵義市綏陽縣水利局，貴州遵義563000)

麻灣洞洞水庫所在流域發源于海拔1330.8～1 340.5 m的王家凼一大消坑一帶。壩址以上集水面積經復核為0.53 km2。庫盆地層為可溶巖，屬中等含水巖組，據調查巖溶發育較弱，無大規模的巖溶現象，僅靠庫尾有一出水溶洞(麻灣洞洞)出露。區內巖溶的發育主要受構造影響，由于斷層破碎帶、裂隙發育密集帶，巖體破碎透水性較好，為巖溶發育提供了水動力條件，故巖溶常沿此帶發育。水庫存在巖溶管道滲漏問題和沿壩基與壩體接觸面及巖體淺層風化帶的嚴重滲漏，導致庫區未能蓄滿水，同時壩體與放水管接觸帶存在滲漏問題，建議對壩址區進行灌漿處理，灌漿線路沿壩軸線布置，兩端頭向壩肩延伸20 m;下限進入壩基以下15 m，擬采用單排孔，孔距3 m。因此必須進行必要的滲漏分析以及進行有效的帷幕灌漿防滲處理。

巖溶;地區;水庫;滲漏;分析;帷幕;灌漿;防滲

1 工程概況

麻灣洞洞水庫位于綏陽縣西南部的蒲老場鎮儒溪村，水庫距綏陽縣城28 km。所在河流屬湘江上游蒲老場河支流板倉壩溝。工程主要以灌溉為主，兼有人蓄飲水。設計灌溉面積64 hm2，實際灌溉面積33.3 hm2。水庫區內海拔1 000～1 350 m，位于山盆期一級剝夷面上。區域地勢為南西高北東低，區內地勢起伏，相對高差50～200 m寒武系婁山關群白云巖地貌類型以侵蝕、溶蝕峰叢一槽谷為主;桐梓、紅花園組地貌類型以灰巖為主的地層則以峰叢一谷地、落水洞為主。

由于原設計資料嚴重缺失，洪水標準根據本次復核成果確定。麻灣洞水庫總庫容16.3萬m3，屬小(2)水庫，大壩等級為V等5級。大壩設計洪水標準為20 a一遇，校核洪水標準為200 a一遇。水庫樞紐建筑物由大壩、溢洪道、放水涵管等建筑物組成。

經查證庫區中后段有F1斷層穿過，消水溶洞位于庫尾F1斷層上，消水溶洞側上方30 m處(高程1040m)有K1(麻灣洞)溶洞出露，庫水經溶洞進入巖溶管道滲入庫外，庫外漏水點高程為978.7 m，使水庫不能蓄水故該工程需要進行調整。水庫存在巖溶管道滲漏問題和沿壩基與壩體接觸面及巖體淺層風化帶的嚴重滲漏。大壩壩體與基巖接觸帶、壩基淺層、大壩放水涵管與壩體接觸帶等存在滲漏問題，是大壩壩基滲流性態均存在嚴重安全隱患，采取帷幕灌漿解決壩基滲漏問題，采取對上游壩坡進行防滲處理措施或壩體充填灌漿措施，解決壩體滲漏問題［1］。

2 水庫滲漏分析

2.1 壩基滲漏分析

本工程1974—1976年由當地群眾投勞修建，壩體修建于全、強風化層上，存在沿裂隙、層面、接觸帶之間等不良結構面的滲漏問題。

本次復核勘察，在庫水位993.3 m時，壩體未見明顯滲漏。但下游壩腳建基面處見有滲流現象，滲漏流量為Q=2.0～5.0 L/s，高程978.70 m(散流一最低點)，分析存在壩體與基巖接觸面，以及壩基裂隙滲漏問題，須對壩體、壩基進行防滲處理。

2.2 壩肩繞滲

由于壩肩及兩岸山體寬厚，裂隙發育規模小，無斷層通過，出露地層為寒武系婁山關白云巖，屬中等巖溶含水層，據地表地質調查，兩岸無低鄰谷分布，壩下游兩岸未見泉水出露，存在繞壩滲漏的可能性較小，由于水庫長期低水位運行，目前壩肩兩岸未出現滲漏現象。

2.3 壩體滲漏評價

大壩壩體取樣試驗成果表明，壩體為黃褐色黏土夾風化碎石、黏土，其天然容重為1.82 g/cm3，干容重為1.79 g/cm3，之滲透系數為3.96 ×10-5cm/s，壩體質量基本滿足設計要求。

本次據現場直觀檢查，壩體未發現不均勻沉降變形跡象，迎水面地表未發現塌陷架空現象，僅在大壩背坡截水溝附近出現小規模的塌坑。分析認為，大壩(土石體)經30多年的自身固結，已達到密實穩定。

由于存在壩體與壩基及放水管的接觸帶滲漏，需進行灌漿處理。另外，大壩放水鑄鐵管與壩體接觸帶存在滲漏現象(出口有浸水現象)，故存在放水管與壩體接觸帶滲漏。由于庫盆存在斷層、巖溶管道滲漏，需進行灌漿處理［2］。

3 帷幕灌漿防滲處理方法

3.1 灌漿孔布置

按設計要求在防滲墻軸線上布置灌漿孔，分Ⅲ序，孔距2 m，孔位軸向偏差≤10 cm，孔深為防滲墻混凝土底部5～10 m不等，均超過設計帷幕灌漿底線。

3.2 鉆孔

3.2.1 孔位測放與鉆機就位

試驗孔的孔位嚴格按設計圖紙要求布孔施工，并采用全站儀測量孔位，開孔孔位誤差控制在允許誤差(10 cm)之內。鉆機安裝平整牢固，用儀器調整使天車、立軸、鉆孔在一條鉛垂線上。

3.2.2 鉆進

3.2.2.1 鉆孔方法

檢查孔孔徑為Ф 91 mm，均采用金剛石回轉取芯鉆進，巖芯保存，及時編錄、裝箱和照相。其它試驗孔孔徑均為Ф 91 mm，金剛石回轉取芯鉆進或采用復合片全面鉆進。

3.2.2.2 鉆進

在鉆進過程中，嚴格按照操作規程，合理掌握鉆進參數，遇到特殊情況需采取措施時，上報監理批準后，再進行實施。開孔鉆進時，根據地層選擇合適鉆頭，輕壓慢轉鉆進1 m后，再按正常情況鉆進。每個鉆段結束，立即進行沖孔，直至回水變清后提鉆。

3.2.2.3 成孔質量控制

灌漿孔孔位與設計孔位偏差值≤10 cm，終孔孔深按設計深度，殘留巖芯長度或巖粉厚度≤20 cm。鉆孔孔底最大偏差值符合設計規定值。

為保證鉆孔質量，在施工中采取了以下防斜、糾斜措施:①鉆進前鉆機錨固穩定，按設計角度用專門儀器定好立軸角度;②鉆進時合理掌握好鉆進參數，鉆壓不要過大，根據不同地層采用適宜鉆頭。

3.2.2.4 鉆孔取芯

檢查孔鉆進中，作好詳細記錄，包括鉆進回水情況、芯樣狀況以及孔內涌水等特殊情況。取出的芯樣按次序統一編號，填牌裝箱，終孔后巖芯按要求拍照保存，并描述巖芯繪制鉆孔柱狀圖。按監理指定的地點存放應予保存的巖芯，防止散失和混裝［3］。

3.3 鉆孔沖洗、壓水試驗

灌漿前對所有灌漿孔段進行裂隙沖洗和壓水試驗。

1)沖洗壓力:壓水試驗和裂隙沖洗并作一起，水壓采用80%的灌漿壓力，壓力為0.24 MPa。

2)檢查孔按施工圖紙要求采用單點法。其它各次序孔的各灌漿段，可進行簡易壓水。

3)簡易壓水結合裂隙沖洗進行。壓力為灌漿壓力的 80%，該值若＞1 MPa時，采用1 MPa;壓水20 min，每5 min測讀1次壓水流量，取最后的流量值作為計算流量，其成果以透水率表示。

3.4 灌漿

3.4.1 灌漿壓力、灌漿方法

1)初始灌漿壓力采用0.3 MPa，最大灌漿壓力≤0.5 MPa。灌漿壓力盡快達到設計值。

2)灌漿方法采用自下而上法灌漿，試驗孔灌漿壓力第一段為0.35 MPa，第二段為0.32 MPa，第三段0.3 MPa，第四段0.25 MPa最大≤0.5 MPa。灌漿壓力包括孔內漿柱壓力，并隨現場情況而調整。

3)帷幕灌漿采用循環法灌漿，灌漿管距孔底≤0.5 m。

4)按灌漿試驗確定的或監理批準的水灰比進行施灌，灌漿漿液由稀到濃逐級變換。開灌的水灰比根據灌漿試驗結果確定。當灌漿壓力保持不變時，注入率持續減少時，或當注入率不變而灌漿壓力持續升高時，不改變水灰比。

3.4.2 灌漿漿液水灰比和變換標準

漿液變換標準為:①當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續升高時，不改變水灰比;②當某一比級漿液注入量已達300L以上，或灌注時間已達30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，改濃一級水灰比;③當注入率＞30 L/min時，根據具體情況越級變漿。

3.4.3 灌漿中特殊情況處理

1)灌漿過程中遇吃漿量大難以結束時，選用下列措施處理:低壓、濃漿、限流、間歇等，或按現場監理下達的指令處理。

2)透水率和灌漿吃漿量都大且不起壓的孔段，一次灌注水泥量接近2t時，將采取積極的措施進行控制，并報現場監理。

3.5 灌漿結束標準和封孔

1)帷幕灌漿在規定壓力下，注入率≤1 L/min后，繼續灌注60 min，注入率≤0.4 L/min后，繼續灌注30 min灌漿即可結束。長期達不到結束標準時，報請監理共同研究處理措施。

2)灌漿結束后，封孔采用“全孔灌漿封孔法”封孔。

3.6 灌漿材料、漿液配比及其使用

3.6.1 灌漿材料

3.6.1.1 水

用于鉆孔、取芯、壓水試驗及漿液拌和用水將符合《混凝土拌和用水標準》JGJ638-89關于施工用水的規定。做到新鮮、潔凈，不被油污染，不含土、粉砂、有機物、酸、堿、鹽等其他有害雜質。漿液拌和時所用水的溫度≤40℃。本工程所用水，水源均來自于沁河水，水質優良，滿足灌漿用水要求。

3.6.1.2 水泥

帷幕灌漿水泥采用普通硅酸鹽水泥P.C32.5級，本試驗采用的是海南牌產品，水泥到貨后經監理見證取樣后，送質檢單位檢驗合格，均符合規定。所使用水泥符合GB175—1999質量標準。水泥在儲運過程中加強管理，采取防潮措施，縮短儲運時間。為防止水泥失效，水泥將以其運到工地的時間先后順序使用。灌漿用水泥在使用前，每批水泥均有廠家提供的出廠合格證及檢驗報告單。